CN216903032U - 一种用于液流电池堆组装的自动装配系统 - Google Patents

一种用于液流电池堆组装的自动装配系统 Download PDF

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江小松
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Abstract

本发明公开了一种用于液流电池堆组装的自动装配系统，包括：机械臂、工装、吸盘、CCD相机、调整平台和复合工装；所述机械臂的执行端设置有工装或复合工装；所述工装和复合工装上均设置有吸盘和CCD相机。通过在抓取工装上设置的吸盘和CCD相机，机械臂能够牢牢的抓住物料且不会破坏物料，也不会在堆叠过程中掉落；通过调整夹块压缩电极材料长边的长度，使其比板框电极槽短，进而将电极材料一次性顺利放入板框电极槽中；根据不同物料的特点，分别设计不同的抓取工装，提高堆叠效率。

Description

一种用于液流电池堆组装的自动装配系统
技术领域
本发明属于液流电池装配技术领域，特别涉及一种用于液流电池堆组装的自动装配系统。
背景技术
随着可再生能源占比增加，电力系统的调节能力不足问题突显，将制约可再生能源产业发展。储能可以协助电力系统调峰、调频，是解决电力系统调节能力不足的有力手段。而目前液流电池堆的组装方式还依赖于手工，生产效率低、电池堆成品率低。而若要实现规模化生产必须改变传统的装配方法，借助机械自动化的力量提高电池堆的生产效率。
液流电池堆自动化堆叠有如下难点：机械臂抓取材料难度大：双极板、电极、膜等材料的物性各不相同，抓取时既不能损坏材料又要牢牢的抓住材料，不能堆叠过程中掉落；零部件的定位：石墨毡电极的尺寸略大于板框中的电极槽尺寸，机械手无法一次性放置到位。为解决上述难点，亟需开发一种用于液流电池堆组装的自动装配系统。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种用于液流电池堆组装的自动装配系统，包括：机械臂、工装、吸盘、CCD相机、调整平台和复合工装；
所述机械臂的执行端设置有工装或复合工装；
所述工装和复合工装上均设置有吸盘和CCD相机。
更进一步地，所述机械臂为六轴机械臂。
更进一步地，所述工装或复合工装通过螺栓与机械臂执行端连接。
更进一步地，所述工装为多边形，内部设置气体通道。
更进一步地，所述吸盘为真空吸盘或伯努利吸盘。
更进一步地，多个所述吸盘通过螺丝均匀设置在工装。
更进一步地，所述吸盘的安装角度可调节。
更进一步地，多个所述CCD相机通过螺丝设置在工装的四角处。
更进一步地，所述调整平台包括CCD相机、电动机、压辊、导轨和多孔板；
多个所述CCD相机通过螺丝设置在多孔板的四角处；
所述压辊通过轴承与所述导轨连接，且沿着所述导轨滚动；
所述电动机安装在所述导轨上，用于驱动压辊滚动。
更进一步地，所述复合工装包括吸盘、CCD相机、调整夹块和气动导轨；
所述复合工装内部设置有气体通道；
所述吸盘通过中空螺丝设置在复合工装；
所述CCD相机通过螺丝设置在复合工装的四角处；
所述调整夹块通过气动导轨滑动设置在复合工装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在抓取工装上设置的吸盘和CCD相机，机械臂能够牢牢的抓住物料且不会破坏物料，也不会在堆叠过程中掉落；通过调整夹块压缩电极材料长边的长度，使其比板框电极槽短，进而将电极材料一次性顺利放入板框电极槽中；根据不同物料的特点，分别设计不同的抓取工装，提高堆叠效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的工装的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的调整平台的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的复合工装的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的电极材料抓取示意图。
附图标记：1、机械臂；2、工装；3、吸盘；4、CCD相机；5、调整平台；51、电动机；52、压辊；53、导轨；54、多孔板；6、复合工装；7、调整夹块；8、气动导轨；9、电极工装。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的一种用于液流电池堆组装的自动装配系统，包括：机械臂1、工装2、吸盘3、CCD相机4、调整平台5和复合工装6；
多个所述机械臂1的执行端设置有工装2或复合工装6；
所述工装2和复合工装6上均设置有吸盘3和CCD相机4。其中，抓取工装包括工装2和复合工装6。
机械臂1为六轴机械臂，机械臂1的固定端通过螺栓固定安装在工作台，用于按预先设定的路线将物料运送到指定位置。六轴机械臂精度高、速度快、操作简便，能够大幅度地提高堆叠效率。
图1示出了根据本发明实施例的工装的结构示意图。如图1所示，工装2为多边形，通过螺栓与机械臂1的执行端连接，其内部设置有气体通道，用于抽真空。优选地，工装2为矩形。
吸盘3为真空吸盘或伯努利吸盘，通过螺丝均匀设置在工装2，螺丝末端与工装2的气体通道连通。吸盘3用于吸附双极板、膜材料、板框和电极材料等物料。其中，螺丝为中空柔性螺丝，吸盘3安装后可以弯曲。吸盘3安装后可以通过适当弯曲中空柔性螺丝进而调节吸盘3的安装角度，使抓取的电极材料，一次性的顺利放入板框电极槽中。另外的设计方式上，吸盘3可以设计为万向调节，从而保证不会损坏物料。示例性的，吸盘3可以通过中空圆球头万向螺杆与工装2连接，中空圆球头万向螺杆末端与工装2的气体通道连通。
示例性的，工装2为矩形，吸盘3均匀布置，设置方式为3行4列。虽然上述吸盘3以3行4列的布置方式为例进行了示例性说明，然而本发明并不限于此，其能够根据具体实际需求将吸盘3设置多种布置方式，比如4行5列、5行6列或7行8列等。本领域技术人员可以根据本发明的布置方式以及实际应用情况综合考量，只要能实现本发明的原理即可。
多个CCD相机4分别通过螺丝设置在工装2四角处。示例性的，4个CCD相机4分别设置在工装2四角处。在工装2四角处设置CCD相机4能够对待搬运的物料或堆叠位置进行全局且清晰的拍照，准确定位，从而实现快速高效的自动装配液流电池堆。
如图2所示，调整平台5包括CCD相机4、电动机51、压辊52、导轨53和多孔板54；
多个所述CCD相机4通过螺丝设置在多孔板54的四角处，用于通过拍照定位将膜材料放入设定好的位置中；
所述压辊52通过轴承与所述导轨53连接，且沿着所述导轨53滚动，用于将膜材料轻轻滚平整；
所述电动机51安装在所述导轨53上，用于驱动压辊52滚动。调整平台5能够将膜材料平整，且不会损坏膜材料，同时有效防止因膜材料不平整导致液流电池堆质量不符合标准的问题。
如图3所示，复合工装6包括吸盘3、CCD相机4、调整夹块7和气动导轨8；复合工装6通过螺栓与机械臂1执行端连接，内部设置有气体通道，用于抽真空；
吸盘3通过中空螺丝均匀设置在复合工装6，与复合工装6的气体通道连通；外侧一圈的吸盘3用于吸取板框，内圈的吸盘3用于吸取电极材料；
CCD相机4通过螺丝设置在复合工装6四角处；
调整夹块7通过气动导轨8滑动设置在复合工装6的外圈吸盘3的内侧。气动导轨8控制调整夹块7移动，进而压缩电极材料。
复合工装6用于吸取板框和电极材料，设置有可以调节电极材料长度方向尺寸的调整夹块7。
基于上述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，本发明提出一种用于液流电池堆组装的自动装配方法，包括以下步骤：
通过CCD相机4对物料进行拍照定位；
机械臂1通过吸盘3抓取物料；
机械臂1按照设定的路线将物料运送到指定位置，通过CCD相机4拍照识别，将物料进行堆叠。液流电池堆的堆叠顺序依次为正极板框、电极材料、膜材料、负极板框、电极材料和双极板，根据堆叠数量重复上述操作。
示例性的，根据抓取物料的特点和生产节拍，共设置4台机械臂1，第1台机械臂1负责抓取双极板，第2台机械臂1负责抓取膜材料，第3台机械臂1负责抓取正极板框和电极材料，第4台机械臂1负责抓取负极板框和电极材料。
双极板是薄平板结构的石墨复合材料，表面光滑，面积取值范围为0.5～1m2，厚度取值范围为0.6～1mm。抓取双极板的吸盘3可以采用真空吸盘或其他有相似功能的吸盘，当设置在工装2上的真空吸盘接触到双极板后，启动真空设备抽吸，使真空吸盘内产生负气压，从而将双极板吸牢。当机械臂1将双极板运送到达指定位置时，向真空吸盘中平稳地充气，使真空吸盘内由负气压变成零气压或是稍为正的气压，真空吸盘自动脱离双极板，从而完成双极板的装叠任务。通过调整真空设备的抽吸压力和吸盘3在工装2上的分布来控制抓取双极板的作用力，从而保证既不损坏双极板，也不会让双极板在堆叠运输过程中脱落。抓取双极板的工装2如图1所示，材质为金属或非金属材料。
膜材料是透明薄膜材料，尺寸较大，厚度取值范围为30～150μm。每两张膜材料之间可以通过放置隔纸来避免相互的粘连。如图2所示，膜材料的抓取可采用真空吸盘或其他有相似功能的吸盘，通过设置在工装2上的吸盘3，先将膜材料抓取放置在调整平台5上，该调整平台5上设置有固定的CCD相机4，通过拍照定位将膜材料放入设定好的位置中。该调整平台5包括一块多孔板54，多孔板54下边设置有真空设备。当膜材料放置在多孔板54上面时，真空设备启动，将膜材料吸附在该多孔板54上表面。调整平台5上端设置有一滚平机构，滚平机构包括电动机51、压辊52和导轨53。膜材料吸附后，压辊52在电动机51的驱动下沿着膜材料长度方向转动，将膜材料轻轻滚平整。膜材料平整后，机械臂1再次抓起膜材料，放置到堆叠的指定位置。抓取膜材料的工装2如图1所示。
电极材料是一种多孔材料，吸盘3可采用真空吸盘或伯努利吸盘进行抓取。需要注意的是，电极材料在长度方向上尺寸略大于板框电极槽的长度，因此，为了让电极材料顺利放入板框电极槽内，需要在机械臂1上增加一个收缩电极材料、整平电极材料的功能。用同一台机械臂1抓取电极材料和板框，机械臂1的执行端设置安装复合工装6，复合工装6外侧一圈设置有抓取板框的吸盘3，内部设置有用来抓取电极材料的吸盘3。复合工装6还设置有可以滑动的调整夹块7，调整夹块7的初始状态是分离开板框电极槽3～5mm的，当复合工装6吸起电极材料后，调整夹块7通过气动控制进行动作，向电极材料四边靠拢并固定，将电极材料长度压缩至小于板框电极槽的尺寸，之后再吸取板框，此时电极材料就能较好的贴合放入板框电极槽中。整平功能通过在机械臂1执行端设置一压块，待电极材料放入板框电极槽中，气动(或电动)控制压块下压，在板框电极槽内平整电极材料。在另外的设计方式上，整平功能可以在复合工装6上加一压块，待电极材料放入板框后，气动(或电动)控制压块下压，在板框内平整电极材料。
如图4所示，在另外的设计方式上，还可以通过3个电极工装9抓取电极材料。电极工装9设置有吸盘3和CCD相机4，具体布置方式参考上述工装2和复合工装6。收缩电极材料功能可以通过调整安装吸盘3的工装角度，保证电极材料在抓取后呈一个弧形，长边水平长度短于板框电极槽的尺寸，使电极材料顺利放入板框电极槽内。机械臂1抓取电极材料和板框的过程可以分为如下几步：(1)带有3个电极工装9的机械臂1吸起电极材料后，中间的电极工装9比两边的电极工装9高，使电极材料呈一个弧形状态；(2)带有3个电极工装9的的机械臂1吸起板框，此时板框保证是平整状态；(3)机械臂1移动到堆叠指定位置，先放置板框，再放置电极材料，最后用压块整平电极材料。
本发明公开了一种用于液流电池堆组装的自动装配系统，通过在抓取工装上设置的吸盘3和CCD相机4，机械臂1能够牢牢的抓住物料且不会破坏物料，也不会在堆叠过程中掉落；通过调整夹块7压缩电极材料长边的长度，使其比板框电极槽短，进而将电极材料一次性顺利放入板框电极槽中；根据不同物料的特点，分别设计不同的抓取工装，提高堆叠效率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，包括：机械臂(1)、工装(2)、吸盘(3)、CCD相机(4)、调整平台(5)和复合工装(6)；
所述机械臂(1)的执行端设置有工装(2)或复合工装(6)；
所述工装(2)和复合工装(6)上均设置有吸盘(3)和CCD相机(4)。
2.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述机械臂(1)为六轴机械臂。
3.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述工装(2)或复合工装(6)通过螺栓与机械臂(1)执行端连接。
4.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述工装(2)为多边形，内部设置气体通道。
5.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述吸盘(3)为真空吸盘或伯努利吸盘。
6.根据权利要求1或5所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，多个所述吸盘(3)通过螺丝均匀设置在工装(2)。
7.根据权利要求6所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述吸盘(3)的安装角度可调节。
8.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，多个所述CCD相机(4)通过螺丝设置在工装(2)的四角处。
9.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述调整平台(5)包括CCD相机(4)、电动机(51)、压辊(52)、导轨(53)和多孔板(54)；
多个所述CCD相机(4)通过螺丝设置在多孔板(54)的四角处；
所述压辊(52)通过轴承与所述导轨(53)连接，且沿着所述导轨(53)滚动；
所述电动机(51)安装在所述导轨(53)上，用于驱动压辊(52)滚动。
10.根据权利要求1所述的用于液流电池堆组装的自动装配系统，其特征在于，所述复合工装(6)包括吸盘(3)、CCD相机(4)、调整夹块(7)和气动导轨(8)；
所述复合工装(6)内部设置有气体通道；
所述吸盘(3)通过中空螺丝设置在复合工装(6)；
所述CCD相机(4)通过螺丝设置在复合工装(6)的四角处；
所述调整夹块(7)通过气动导轨(8)滑动设置在复合工装(6)。
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